Способ диффузионной сварки металлокерамических узлов Российский патент 2019 года по МПК B23K20/16 B23K20/22 

Изобретение относится к технологии электровакуумных приборов, а именно к технологии диффузионной сварки металлокерамических узлов электрическим взрывом прокладки.

Известен способ диффузионной сварки металлов в вакууме, в котором в зоне сварки размещают материал, обеспечивающий экзотермическую реакцию между входящими в него компонентами. В зоне сварки размещают, по меньшей мере, одну герметичную металлическую оболочку, осуществляют ее нагрев путем пропускания тока для инициирования экзотермической реакции между входящими в термореагирующий порошок компонентами. Испаряют оболочку электрическим взрывом с получением металлической прослойки на поверхностях свариваемых деталей. Свариваемые детали приводят в контакт и приводят их изотермическую выдержку в атмосфере азота под давлением (патент РФ 2259265).

Недостатком этого способа является разлетание материала прокладки из зоны контакта.

Известен также способ диффузионной сварки взрывом прокладки, наиболее близкий к заявленному (SU 1586880 А). Это способ диффузионной сварки, при котором между свариваемыми поверхностями деталей размещают промежуточную прокладку в виде фольги, закрепленную в токоподводящих штангах, детали сближают и в процессе сближения осуществляют напыление материала прокладки на свариваемые поверхности путем электрического взрыва прокладки.

Техническая проблема заключается в низком качестве соединения металлокерамических узлов вследствие разлетания материала прокладки из зоны контакта при электрическом взрыве.

Проблема решается тем, что в способе диффузионной сварки металлокерамических узлов, содержащий сдавливание соединяемых деталей через промежуточную прокладку и взрыв прокладки путем подачи импульса тока, прокладку выполняют из трех параллельных секций с разным электрическим сопротивлением, причем электрическое сопротивление крайних секций в 5-10 раз больше, чем средней ее секции, при этом осуществляют раздельный взрыв сначала средней секции прокладки, а затем ее крайних секций путем последовательной подачи на прокладку импульсов тока.

Технический результат заключается в исключении возможности разлетания материала прокладки при электрическом взрыве и повышении качества соединения.

На фиг. 1 изображена схема сварки взрывом, а на фиг. 2 вид прокладки сверху. Позициями обозначены: 1 - прокладка; 2 - держатели; 3 - свариваемые детали; 4 - опоры; 5 - вакуумная камера; 6 - крайние секции прокладки; 7 - средняя секция прокладки; 8 - батарея конденсаторов; 9 - коммутатор.

Прокладку 1 зажимают в держателях 2, сдавливание деталей 3 через прокладку осуществляют с помощью опор 4 в вакуумной камере 5 при Р=2⋅10^-3 Па. Батарею конденсаторов 8 заряжают до напряжения 3,5 кВ при емкости батареи 200 мкФ. Затем при замыкании коммутатора 9 батарея разряжается через прокладку 1. Прокладку 1 выполняют в виде трех секций с разным электрическим сопротивлением, причем электрическое сопротивление крайних секций 6 в 5-10 раз больше, чем средней секции 7. Осуществляют раздельный взрыв сначала средней секции 7 прокладки, а затем ее крайних секций 6 путем последовательной подачи на прокладку импульсов тока.

При взрыве средней секции 7 продукты распыления сохраняются в зоне контакта, так как их разлет ограничен наружными секциями 6. Сохранение продуктов распыления в зоне контакта обеспечивает качественное соединение. Если сопротивление крайних и средних секций отличается менее чем в 5 раз, то раздельный взрыв секций не гарантируется. Если сопротивление отличается более чем в 10 раз, то возможен повторный взрыв средних секций.

Пример выполнения изобретения.

Способ диффузионной сварки осуществляли следующим образом:

Сваривали детали из керамики 22ХС через танталовую прокладку 1 (фиг. 1) толщиной 0,1 мм. Размеры зоны сварки составляли а=20 мм и b=15 мм. Ширина средней секции прокладки с=13 мм, а наружных секций d=1 мм (фиг. 2). Свариваемые детали 3 зажимались через прокладку 1 с помощью опор 4 давлением 3 кг/мм². Прокладка 1 соединялась с батареей конденсаторов 8 с помощью держателей 2. Вакуумная камера 4 откачивалась до давления 2⋅10^-3 Па. Далее, батарея конденсаторов 8 заряжалась до напряжения 3,5 кВ при емкости батареи 200 мкФ. Затем при замыкании коммутатора 9 батарея разряжалась через прокладку 1. При этом взрывалась средняя секция 7 прокладки 1, а крайние секции 6 оставались целыми, что обеспечивало сохранение продуктов взрыва в зоне соединения. Далее повторно батарея 8 при разомкнутом коммутаторе 9 заряжалась до напряжения 2 кВ и затем разряжалась через прокладку 1. При этом взрывались крайние секции 7. Таким образом, последовательный взрыв сначала средних, а затем крайних секций обеспечивал сохранение продуктов взрыва в зоне соединения и повышает качество сварки. При испытании соединения на сдвиг наблюдалось разрушение керамики при сохранении очагов взаимодействия.

Изобретение может быть использовано при изготовлении диффузионной сваркой металлокерамических узлов электровакуумных приборов. Осуществляют сдавливание соединяемых деталей узлов через промежуточную прокладку и взрыв прокладки путем подачи импульсов тока. Прокладку выполняют из трех параллельных секций с разным электрическим сопротивлением. Электрическое сопротивление крайних секций прокладки в 5-10 раз больше, чем средней ее секции. Проводят раздельный взрыв сначала средней секции прокладки, а затем ее крайних секций путем последовательной подачи на прокладку импульсов тока. Способ исключает разлетание материала прокладки при электрическом взрыве и обеспечивает высокое качество сварного соединения. 2 ил., 1 пр.

Способ диффузионной сварки металлокерамических узлов, включающий сдавливание соединяемых деталей узлов через промежуточную прокладку и взрыв прокладки путем подачи импульсов тока, отличающийся тем, что прокладку выполняют из трех параллельных секций с разным электрическим сопротивлением, причем электрическое сопротивление крайних секций прокладки в 5-10 раз больше, чем средней ее секции, при этом осуществляют раздельный взрыв сначала средней секции прокладки, а затем ее крайних секций путем последовательной подачи на прокладку импульсов тока.